Insulinegevoeligheid en metabolomica tijdens orale toediening van glucose en gegradeerde intraveneuze infusie

De incidentie van obesitas en aan obesitas gerelateerde stofwisselingsstoornissen zoals insulineresistentie en diabetes type 2 neemt wereldwijd toe. Tot op heden is bariatrische chirurgie de enige behandeling van obesitas die resulteert in langdurige gewichtsvermindering. Bovendien is gemeld dat bariatrische chirurgie remissie van diabetes type 2 bevordert en een effectievere behandeling is dan standaardmedicatie voor diabetes type 2. Verrassend genoeg vindt verbetering van de glucosehomeostase na sommige bariatrische chirurgieprocedures plaats voordat gewichtsverlies is bereikt. De mechanismen achter deze verbetering zijn nog steeds onduidelijk, maar een recente studie geeft aan dat het omzeilen van het jejunum een ​​belangrijke rol zou kunnen spelen bij de glucosehomeostase. Bovendien induceren van jejunum afgeleide eiwitten die aanwezig zijn in serum bij zowel mensen als muizen insulineresistentie in celculturen van myocyten en bij muizen. Dit alles bij elkaar geeft aan dat de darmen een belangrijke rol kunnen spelen bij de glucosehomeostase bij diabetes mellitus type 2.

Metabolomics wordt recentelijk beschouwd als een van de meest geschikte technologieën voor het onderzoeken van complexe ziekten zoals diabetes mellitus type 2, omdat het een real-time functioneel portret van de organismen weergeeft. Eerdere studies hebben aangetoond dat verschillende metabolieten en galzuren betrokken kunnen zijn bij de regulatie van glucosehomeostase. Daarom is het mogelijk dat de darm metabolieten reguleert die betrokken kunnen zijn bij de verminderde glucosetolerantie en diabetes mellitus type 2.

De specifieke doelstellingen van dit onderzoeksproject zijn:

Doel 1: Aantonen dat oraal ingenomen glucose insulineresistentie induceert en bepalen of deze regulatie van glucosehomeostase verschilt tussen proefpersonen met normale glucosetolerantie, verminderde glucosetolerantie en proefpersonen met diabetes mellitus type 2.

Doel 2: identificeren van metabolieten die worden gereguleerd door de darmen en die geassocieerd zijn met verminderde glucosetolerantie en diabetes mellitus type 2.

Om dit doel te bereiken, zullen verschillen in glucosekinetiek worden bestudeerd wanneer glucose oraal wordt toegediend (in een orale glucosetolerantietest, OGTT) in vergelijking met een gegradeerde intraveneuze glucose-infusie, waarbij de plasmaglucosespiegels binnen hetzelfde bereik worden gehouden als tijdens de OGTT, bij proefpersonen met normale glucosetolerantie (n = 8), verminderde glucosetolerantie (n = 8) en diabetes mellitus type 2 (n = 8).

Basale glucosekinetiek zal eerst worden beoordeeld door middel van dubbele glucose tracertechniek. In het basale deel van de glucosetolerantietests wordt glucosetracer nr. 1 geïnfundeerd en vervolgens gevolgd door een voortgezette infusie en een geleidelijk toenemende orale glucosebelasting (25 g, 75 g en 125 g met een interval van 2 uur tijdens de OGTT) met glucosetracer nr 2 of een gegradeerde intraveneuze glucosetracerinfusie waarbij de plasmaglucosespiegels worden aangepast aan die verkregen tijdens de OGTT's.

Gaschromatografie/massaspectrometrie zal gebruikt worden om de isotopenverrijking van glucosetracers te meten. Insuline, glucagon, totaal glucagonachtig peptide 1 (GLP-1) en C-peptide zullen tijdens de glucosetolerantietests herhaaldelijk worden gemeten door middel van radioimmunoassays. Glucosekinetiek inclusief endogene glucoseproductie, insulinegevoeligheid en insulinesecretie wordt berekend. Verschillen in glucosekinetiek tussen de orale en intraveneuze toediening van glucose zullen worden berekend en vergeleken bij proefpersonen met normale glucosetolerantie, verminderde glucosetolerantie of diabetes mellitus type 2.

Analyse van metabolomics zal worden uitgevoerd in plasma dat is verzameld tijdens de OGTT en de gegradeerde intraveneuze glucose-infusie. Metabolieten in plasmamonsters zullen worden geanalyseerd met behulp van twee wereldwijde analyseplatforms voor profilering en een gericht profileringsplatform. Tweedimensionale gaschromatografie gekoppeld aan time-of-flight massaspectrometrie (GCxGC-TOFMS) zal uitgevoerd worden om kleine polaire metabolieten te meten. Moleculaire lipiden zullen worden beoordeeld door een wereldwijd platform met behulp van ultraperformante vloeistofchromatografie gekoppeld aan quadrupool-TOFMS (UPLC-QTOFMS). Een gericht platform op basis van UPLC gekoppeld aan triple-quadrupool MS (UPLC-QqQMS) zal worden uitgevoerd om zowel ongeconjugeerde als geconjugeerde vormen van galzuren te kwantificeren.

Verschillen in plasmametabolieten tijdens OGTT en gegradeerde intraveneuze glucose-infusie zullen worden bestudeerd om informatie over mogelijke regulatie door de darm te beoordelen en de resultaten zullen worden vergeleken bij proefpersonen met normale glucosetolerantie, verminderde glucosetolerantie en proefpersonen met diabetes mellitus type 2.

Betekenis De verwachte resultaten in deze studie zullen aantonen dat de darmen een belangrijke rol spelen in de glucosehomeostase en dat dit systeem ontregeld is bij diabetes type 2. Wat nog belangrijker is, is dat er nieuwe factoren worden geïdentificeerd die afkomstig zijn van of gereguleerd worden door de darmen en die de insulineresistentie en glucosetolerantie reguleren, en die mogelijke doelwitten kunnen zijn voor toekomstige antidiabetische therapieën.